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1、第一讲热学现象及1现在学习的是第1页，共30页 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图2现在学习的是第2页，共30页1 1、一壶水开了，水变成了水蒸气。、一壶水开了，水变成了水蒸气。2、温度降到、温度降到00以下，液体的水变成了固体的冰块。以下，液体的水变成了固体的冰块。3、气体被压缩，产生压强。、气体被压缩，产生压强。4、物体被加热，物体的温度升高。、物体被加热，物体的温度升高。热现象热现象3现在学习的是第3页，共30页v1、相变过程、相变过程 相变潜热相变潜热v相变相变：物体气、液、固三态之间的变化称为相变。：物体气、液、固三态之间的变化称为相变。v例如例如，水有水蒸气、水、冰三种状态，
2、在保持，水有水蒸气、水、冰三种状态，在保持100100的的情况下，使压强准静态地增大，当压强为标情况下，使压强准静态地增大，当压强为标准大气压时，可以看到容器中的水蒸气开始准大气压时，可以看到容器中的水蒸气开始有水滴凝结出来，出现气、液两相共存状态有水滴凝结出来，出现气、液两相共存状态。4现在学习的是第4页，共30页v2、相变潜热：相变潜热：相变过程中吸收或放出的热量相变过程中吸收或放出的热量称为相变潜热称为相变潜热v汽化热汽化热：单位质量的液体汽化成同温度的气：单位质量的液体汽化成同温度的气体所吸收的热量。体所吸收的热量。v同一物质，不同温度，汽化热不同；同一物质，不同温度，汽化热不同；v相
3、同温度，不同物质，汽化热不同。相同温度，不同物质，汽化热不同。v凝结过程中，放出的热量的大小与汽化热凝结过程中，放出的热量的大小与汽化热相相等。等。5现在学习的是第5页，共30页几种液体在标准大气压下，在沸点时的汽化热几种液体在标准大气压下，在沸点时的汽化热水在标准大气压下不同温度下的汽化热水在标准大气压下不同温度下的汽化热液体液体水水酒精酒精氢氢乙醚乙醚汞汞氮氮温度（温度（）10078.3-253.734.6356.57-195.8汽化热汽化热（105 J/kg）25.58.54.5452.931.99温度（温度（）02060100200300370374汽化热汽化热（105 J/kg）24
4、.924.423.522.519.613.84.1406现在学习的是第6页，共30页思考题思考题v为什么冰会浮在水上为什么冰会浮在水上？v水有奇特的性质水有奇特的性质在在44以上体积随温度下以上体积随温度下降而缩小，在降而缩小，在44以下反转为膨胀。因此以下反转为膨胀。因此0 0 时的冰变得相当松，密度比水小，浮在水上时的冰变得相当松，密度比水小，浮在水上。这是因为结冰时水分子之间整齐排列的。这是因为结冰时水分子之间整齐排列的“氢键氢键”把分子间距离略微推开的缘故。把分子间距离略微推开的缘故。7现在学习的是第7页，共30页热力学研究的对象热力学研究的对象-热力学系统热力学系统.（一）热力学系统
5、（一）热力学系统热力学系统以外的物体称为热力学系统以外的物体称为外界外界。孤立系统孤立系统:系统和外界完全隔绝的系统系统和外界完全隔绝的系统例：若汽缸内气体为系统，其它为外界例：若汽缸内气体为系统，其它为外界三、理想气体的物态方程三、理想气体的物态方程 一、基本概念一、基本概念8现在学习的是第8页，共30页（二）系统状态的描述（二）系统状态的描述 微观量：微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。分子的质量、速度、动量、能量等。宏观量：宏观量：温度、压强、体积等。温度、压强、体积等。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进
6、行测量和观察。宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章的热运动遵从一定的的热运动遵从一定的统计规律性统计规律性上。在实验中，所测上。在实验中，所测量到的量到的宏观量宏观量只是大量分子热运动的只是大量分子热运动的统计平均值统计平均值。9现在学习的是第9页，共30页（三）基本原理（三）基本原理:1.自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有 一定距离的微粒所组成一定距离的微粒所组成,这种微粒称为分子这种微粒称为分子.2.分子间有相互作用力分子间有相互作用力.
7、3.分子永不停息地作无规则的运动分子永不停息地作无规则的运动.10现在学习的是第10页，共30页二、气体的状态参量二、气体的状态参量 平衡态平衡态（一）体积（一）体积V V气体分子所能达到的空间范围气体分子所能达到的空间范围.单位单位:m3（二）压强（二）压强P气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力.单位单位:Pa 1Pa=1N/m21.1mmHg=133.3Pa2.标准大气压标准大气压(atm)Pa10013.1mmHg760tm15a11现在学习的是第11页，共30页（三）温度（三）温度 t,T反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度反映系统内部大量分子作
8、无规则剧烈运动程度1.摄氏温标摄氏温标(t)单位单位:2.热力学温标热力学温标(T)单位单位:K两者换算关系两者换算关系:T=273.15+t状态参量：状态参量：表征气体有关特性的物理量表征气体有关特性的物理量 如如P、V、T等等12现在学习的是第12页，共30页（四）平衡状态（四）平衡状态 在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。分长时间后不再发生变化的状态。平衡态：平衡态：准静态过程：准静态过程：如果状态变
9、化过程进行得非常缓慢，以至过程中如果状态变化过程进行得非常缓慢，以至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的过程称为的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的过程称为“准静态准静态过程过程 ”，又称，又称“平衡过程平衡过程 ”。13现在学习的是第13页，共30页恒量222111TVPTVP（质量不变）（质量不变）三、三、理想气体物态方程理想气体物态方程（一）气体的实验规律（一）气体的实验规律1.1.气体定律气体定律2.阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律在相同的温度和压强下，在相同的温度和压强下，1摩尔的任何气体所占据的体摩尔的任何气体所占据的体积都相同。在标准状态下，即压强积都相同。在标准状态下，即
10、压强P0=1atm、温度、温度T0=273.15K时时,1摩尔的任何气体的体积均为摩尔的任何气体的体积均为 V0=22.41L/mol123mol10022.6AN14现在学习的是第14页，共30页（二）理想气体（二）理想气体理想气体：理想气体：在任何情况下都严格遵守在任何情况下都严格遵守“波波-马定律马定律”、“盖盖-吕定律吕定律”以及以及“查理定律查理定律”的气体。的气体。（三）（三）理想气体物态方程理想气体物态方程恒量222111TVPTVP（质量不变）（质量不变）)(,标准状态oooTVPTVP15现在学习的是第15页，共30页标准状态：标准状态：Pa1001325.15oPK15.2
11、73oT33m104.22molVmolmoloVMMV omolomoloooTVPMMTVPTPVM 为气体的总质量。为气体的总质量。M mol为气体的摩尔质量。为气体的摩尔质量。其中：其中：16现在学习的是第16页，共30页理想气体物态方程理想气体物态方程：RTMMPVmol令：令：)KmolJ(31.811omoloTVPRR 称为称为“普适气体常数普适气体常数”omolomoloooTVPMMTVPTPV代入：代入：（宏观物理量表示）（宏观物理量表示）17现在学习的是第17页，共30页阿伏伽德罗常数：阿伏伽德罗常数：123mol10022.6AN玻耳兹曼常数：玻耳兹曼常数：)KJ(1
12、038.1123ANRk设：分子质量为设：分子质量为 m，气体分子数为，气体分子数为N，分子数密度，分子数密度 n。mNM AmolmNMRTMMPVmolNkTTkNmNmNAA18现在学习的是第18页，共30页理想气体物态方程：理想气体物态方程：PnkT标准状态下的分子数密度：标准状态下的分子数密度：洛喜密脱数：洛喜密脱数：)m(1069.2325on（微观物理量表示）（微观物理量表示）19现在学习的是第19页，共30页 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一一部分使系统的内能增加部分使系统的内能增加,另一另一部分使系统对外界做功部分使系统对外界做功 .1、热力学第一定律、热力学第一
13、定律AEAEEQ 12TEEE1220现在学习的是第20页，共30页 1）能量转换和守恒定律能量转换和守恒定律.第一类永动机是不可能第一类永动机是不可能制成的制成的.2）实验经验总结，自然界的普遍规律实验经验总结，自然界的普遍规律.AEAEEQ 12+12EE 系统吸热系统吸热系统放热系统放热内能增加内能增加内能减少内能减少系统对外界做功系统对外界做功外界对系统做功外界对系统做功第一定律的符号规定第一定律的符号规定QA物理意义物理意义21现在学习的是第21页，共30页几种循环过程内能变化几种循环过程内能变化),(11TVp),(22TVp2p1pVpVo1、等容过程、等容过程理想气体物态方程：
14、理想气体物态方程：PnkT内能增大内能增大0E做功：做功：A=0Q 022现在学习的是第22页，共30页2V),(11TVp),(22TVpp1VpVo122、等压过程、等压过程理想气体物态方程：理想气体物态方程：PVNkT内能增大内能增大0E做功：做功：A021()AP VVQ 023现在学习的是第23页，共30页12),(11TVp),(22TVp1p2p1V2VpVoVd3、等温过程、等温过程内能不变内能不变0E做功：做功：A0Q 024现在学习的是第24页，共30页热机热机 ：持续地将热量转变为功的机器：持续地将热量转变为功的机器 .工作物质工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对
15、外（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质做功的物质 .2、热力学第一定律的应用、热力学第一定律的应用25现在学习的是第25页，共30页冰箱循环示意图冰箱循环示意图26现在学习的是第26页，共30页 1、第二定律的提出第二定律的提出（1）功热转换的条件功热转换的条件第一定律无法说明第一定律无法说明.（2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性 第一第一定律无法说明定律无法说明.五、热力学第二定律五、热力学第二定律热力学第一定律的局限性热力学第一定律的局限性27现在学习的是第27页，共30页3、热力学第二定律两种表述的等价性、热力学第二定律两种表述的
16、等价性证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中是违反开尔文表述的是违反开尔文表述的.2、热力学第二定律的两种表述、热力学第二定律的两种表述 （1）开尔文说法开尔文说法：不可能制造出这样一种：不可能制造出这样一种循环循环工作的热机，工作的热机，它只使它只使单一单一热源冷却来做功，而热源冷却来做功，而不不放出热量给其他物体，或放出热量给其他物体，或者说者说不不使使外外界发生任何变化界发生任何变化。（2）克劳修斯说法克劳修斯说法：不可能把热量从低温物
17、体自动：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化传到高温物体而不引起外界的变化。28现在学习的是第28页，共30页注注 意意 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性法都反映了自然界过程进行的方向性.2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性法具有等效性.29现在学习的是第29页，共30页习题习题v1、一物质系统从外界吸收一定的热量，则、一物质系统从外界吸收一定的热量，则v（A）系统的内能一定增加）系统的内能一定增加v（B）系统的内能一定减少）系统的内能一定减少v（C）系统的内能一定保持不变）系统的内能一定保持不变v（D）系统的内能可能增加，也可能减少或）系统的内能可能增加，也可能减少或保持不变保持不变v答案：答案：D30现在学习的是第30页，共30页